Un equipo de investigadores de Columbia Engineering, dirigido por el Profesor Asistente de Física Aplicada Nanfang Yu, ha inventado un método para controlar la propagación de la luz en vías confinadas o guías de onda, con alta eficiencia mediante el uso de nano antenas. Para demostrar esta técnica, construyeron fotónicadispositivos integrados que no solo tenían huellas pequeñas, sino que también podían mantener un rendimiento óptimo en un amplio rango de longitud de onda sin precedentes.
Los circuitos fotónicos integrados CI se basan en la luz que se propaga en las guías de ondas ópticas, y el control de dicha propagación de la luz es un problema central en la construcción de estos chips, que utilizan la luz en lugar de los electrones para transportar datos.y chips ópticos más eficientes, que a su vez podrían transformar las comunicaciones ópticas y el procesamiento de señales ópticas. El estudio se publica en línea en Nanotecnología de la naturaleza 17 de abril
"Hemos construido dispositivos nanofotónicos integrados con la huella más pequeña y el mayor ancho de banda operativo", dice Yu. "El grado en que ahora podemos reducir el tamaño de los dispositivos fotónicos integrados con la ayuda de nano-antenas es similar a lo que sucedióen la década de 1950, cuando los tubos de vacío grandes fueron reemplazados por transistores semiconductores mucho más pequeños. Este trabajo proporciona una solución revolucionaria a un problema científico fundamental: ¿Cómo controlar la luz que se propaga en las guías de onda de la manera más eficiente?
El poder óptico de las ondas de luz que se propagan a lo largo de las guías de ondas está confinado dentro del núcleo de la guía de ondas: los investigadores solo pueden acceder a las ondas guiadas a través de las pequeñas "colas" evanescentes que existen cerca de la superficie de la guía de ondas. Estas esquivas ondas guiadas son particularmente difíciles de manipulary, por lo tanto, los dispositivos fotónicos integrados son a menudo de gran tamaño, ocupando espacio y limitando así la densidad de integración de dispositivos de un chip. La reducción de los dispositivos integrados fotónicos representa un desafío principal que los investigadores intentan superar, reflejando la progresión histórica de la electrónica que sigue la ley de Moore,el número de transistores en circuitos integrados electrónicos se duplica aproximadamente cada dos años.
el equipo de Yu descubrió que la forma más eficiente de controlar la luz en las guías de ondas es "decorar" las guías de ondas con nano-antenas ópticas: estas antenas en miniatura extraen luz del interior del núcleo de la guía de ondas, modifican las propiedades de la luz y la devuelven a la luzguías de onda: el efecto acumulativo de una matriz de nano-antenas densamente compacta es tan fuerte que podrían lograr funciones como la conversión del modo de guía de onda dentro de una distancia de propagación de no más del doble de la longitud de onda.
"Este es un avance considerando que los enfoques convencionales para realizar la conversión de modo de guía de onda requieren dispositivos con una longitud que sea decenas de cientos de veces la longitud de onda", dice Yu. "Hemos podido reducir el tamaño del dispositivo mediante unfactor de 10 a 100. "
los equipos de Yu crearon convertidores de modo de guía de onda que pueden convertir cierto modo de guía de onda a otro modo de guía de onda; estos son habilitadores clave de una tecnología llamada "multiplexación por división de modo" MDM. Una guía de onda óptica puede soportar un modo de guía de onda fundamental y un conjuntode modos de orden superior, de la misma manera que una cuerda de guitarra puede soportar un tono fundamental y sus armónicos. MDM es una estrategia para aumentar sustancialmente la potencia de procesamiento de información de un chip óptico: se podría usar el mismo color de luz pero varios modos de guía de onda diferentes para transportarvarios canales independientes de información simultáneamente, todo a través de la misma guía de ondas. "Este efecto es como, por ejemplo, que el puente George Washington mágicamente tiene la capacidad de manejar un volumen de tráfico varias veces mayor", explica Yu. "Nuestros convertidores de modo de guía de ondas podrían habilitarla creación de vías de información mucho más capacitivas "
El próximo plan es incorporar materiales ópticos ajustables activamente en los dispositivos fotónicos integrados para permitir el control activo de la luz que se propaga en las guías de ondas. Dichos dispositivos activos serán los componentes básicos de los anteojos de realidad aumentada AR: gafas que primero determinan el ojoaberraciones del usuario y luego proyectar imágenes corregidas por aberración en los ojos, en las que él y sus colegas de Columbia Engineering, los profesores Michal Lipson, Alex Gaeta, Demetri Basov, Jim Hone y Harish Krishnaswamy están trabajando ahora. Yu también está explorando la conversiónondas que se propagan en guías de ondas en ondas superficiales fuertes, que eventualmente podrían usarse para la detección química y biológica en el chip.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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